基于Codesys的柔印機(jī)收卷張力自動(dòng)控制系統(tǒng)

李訓(xùn)艷 孟祥杰 徐春寶 王云 王振愛(ài)

摘 要：柔板印刷機(jī)的收料張力控制系統(tǒng)是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，收卷方式也不盡相同，如：表面卷取收卷、不停機(jī)收卷表面收卷、中心收卷等，不同的收卷方式張力控制也有差別。通過(guò)對(duì)中心收卷張力的研究，設(shè)計(jì)了一種基于Codesys的收卷張力自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析，控制過(guò)程研究，程序編寫(xiě)，參數(shù)整定，并給出整定結(jié)果和分析，結(jié)果證明了該方法的優(yōu)越性及穩(wěn)定性，較好的實(shí)現(xiàn)了柔印機(jī)材料的收卷過(guò)程的張力最佳控制。

關(guān)鍵詞：柔印機(jī);收卷;張力自動(dòng)控制;Codesys

中圖分類(lèi)號(hào)：TP271.4 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

近年來(lái)，由于考慮環(huán)保、膠印機(jī)及凹印機(jī)轉(zhuǎn)型等因素，對(duì)于柔版印刷機(jī)的需求量日益增加。在柔印機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中，材料收卷張力的控制至關(guān)重要。隨著收卷卷徑的不斷增加[1]，張力也必須作出相應(yīng)的調(diào)整才能保證收取的材料表面整齊光滑。下面將具體研究柔版印刷機(jī)收卷裝置的張力自動(dòng)控制系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

柔版印刷機(jī)收卷張力自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料從后張力牽出后經(jīng)張力調(diào)節(jié)裝置至收卷軸，收卷軸由電機(jī)經(jīng)皮帶或齒輪直接帶動(dòng)。其張力自動(dòng)控制系統(tǒng)包括兩個(gè)部分，分別是浮動(dòng)輥張力調(diào)節(jié)裝置和卷徑部分張力控制。這兩部分相輔相成，相互影響，浮動(dòng)輥張力調(diào)節(jié)部分控制的穩(wěn)定性直接影響卷徑部分卷徑計(jì)算的精確度，同時(shí)卷徑部分卷徑計(jì)算的準(zhǔn)確及穩(wěn)定性也影響浮動(dòng)輥的擺動(dòng)變大，進(jìn)而導(dǎo)致紙張張力變化，材料過(guò)松或過(guò)緊，導(dǎo)致收的材料殘次不齊或材料由里到外松緊不一致等情況。

1.1 浮動(dòng)輥張力調(diào)節(jié)裝置部分的張力自動(dòng)控制

浮動(dòng)輥調(diào)節(jié)裝置是柔版印刷機(jī)中心收卷張力自動(dòng)控制中重要的部分，它決定了收卷張力的穩(wěn)定性。此部分主要通過(guò)AI模塊采集浮動(dòng)輥的實(shí)際位置值給上位工控機(jī)IPC，IPC經(jīng)過(guò)PID控制算法精確快速控制輸出量來(lái)調(diào)整卷取電機(jī)的速度，進(jìn)而達(dá)到控制收卷張力的目的。由于Codesys系統(tǒng)自帶PID功能指令，為了方便這里直接調(diào)用系統(tǒng)自帶的PID功能指令[2]，在此功能中，PID參數(shù)的整定直接影響控制性能的好壞。在調(diào)節(jié)PID參數(shù)時(shí)，首先調(diào)節(jié)Kp值，獲得系統(tǒng)響應(yīng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)，根據(jù)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線(xiàn)的快速響應(yīng)性及快速穩(wěn)定性確定比例增益Kp的初始值;然后加入積分時(shí)間Tn，調(diào)節(jié)Tn值，獲得它的響應(yīng)曲線(xiàn)，根據(jù)曲線(xiàn)的穩(wěn)定性及超調(diào)情況確定積分時(shí)間Tn的初始值，這里不用微分時(shí)間Tv，所以不予考慮。經(jīng)過(guò)整定調(diào)試，最終確定Kp和Tn值，從而使系統(tǒng)獲得最佳的控制效果。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)經(jīng)過(guò)調(diào)試整定，最終確定Kp為0.08，Tn為30，PID輸出范圍在-0.01～0.01之間，浮動(dòng)輥張力控制非常穩(wěn)定，浮動(dòng)輥幾乎穩(wěn)定在設(shè)定值。

1.2 卷徑部分的張力控制影響

計(jì)算卷徑的高度準(zhǔn)確穩(wěn)定性直接影響收卷控制張力的穩(wěn)定。

由此看見(jiàn)，浮動(dòng)輥張力控制于收卷卷徑相互影響，因此卷徑的準(zhǔn)確穩(wěn)定至關(guān)重要，如果卷徑波動(dòng)太大，那么通過(guò)理論計(jì)算IPC下發(fā)給收卷電機(jī)的速度就會(huì)跳動(dòng)較大，這樣不僅影響浮動(dòng)輥擺動(dòng)的穩(wěn)定而且導(dǎo)致收卷卷材忽松忽緊張力極不穩(wěn)定。同時(shí)由于慣性、加減速、干擾、張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等因素的影響，此公式計(jì)算的卷徑直接用來(lái)推算指令速度跳躍性太大，材料容易出現(xiàn)抖動(dòng)或斷紙等情況。這里設(shè)計(jì)卷徑濾波輸出，增加濾波算法使卷徑平穩(wěn)增加。具體算法如下：

（Dn：本次濾波輸出卷徑，Dn-1：上次濾波輸出卷徑，α：濾波系數(shù)，Xn：本次采樣實(shí)時(shí)卷徑。）

利用此算法對(duì)本次采樣理論計(jì)算卷徑與上次濾波輸出卷徑的差值進(jìn)行加權(quán)處理，使輸出卷徑對(duì)輸入卷徑有反饋?zhàn)饔茫瑫r(shí)考慮上次濾波卷徑，進(jìn)一步避免了卷徑突變導(dǎo)致的張力不穩(wěn)定，調(diào)節(jié)合適的加權(quán)值快速響應(yīng)卷徑變化從而調(diào)整收卷電機(jī)速度使張力穩(wěn)定可靠。經(jīng)濾波處理后卷徑輸出曲線(xiàn)如圖1所示，經(jīng)過(guò)濾波后輸出卷徑平滑穩(wěn)定遞增，保證了收卷張力的穩(wěn)定。

2 結(jié) 語(yǔ)

該控制系統(tǒng)基于Codesys及研華工控機(jī)，完全自主研發(fā)，調(diào)試靈活方便，閉環(huán)控制[4]可控性好，控制精度高[5]，通過(guò)浮動(dòng)輥張力PID參數(shù)整定及收卷卷徑濾波處理等工作使收卷張力控制到達(dá)了穩(wěn)、準(zhǔn)、快的控制要求，克服了傳統(tǒng)收卷張力控制系統(tǒng)的種種缺陷，使生產(chǎn)質(zhì)量有了明顯提高，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

該控制系統(tǒng)已在公司很多臺(tái)設(shè)備應(yīng)用運(yùn)行，運(yùn)行效果良好，操作簡(jiǎn)單[3]，調(diào)整方便，受到用戶(hù)的一致好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

李訓(xùn)艷（1983—），女，工程師，碩士研究生。主要研究方向：控制理論與控制工程。主要從事工作：電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

孟祥杰（1987—），男，工程師，碩士研究生。主要研究方向：控制理論與控制工程。主要從事工作：電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)。

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